This paper presents a framework for the acquisition and the maintenance of ground track configurations of small Earth observation satellite constellations. Specifically, the relative ground track spacings at the equator are controlled using differential drag to achieve the desired Earth coverage pattern without using a propulsion system. The proposed framework is based on a divide-and-conquer approach to solving the optimal differential drag constellation management problem, and comprises five processes for solving the related subproblems. The proposed framework can be used to manage end-to-end applications, from establishing the initial acquisition plan for the target ground track configuration, to the closed-loop command generation for the ground track acquisition and maintenance. Using the proposed framework, optimal acquisition plans with the minimum time and minimum altitude losses can be identified in a systematic way. The usefulness of the proposed method is demonstrated based on simulations incorporating the uncertainties in drag prediction.
본 논문에서는 소형 지구관측 위성군의 지상궤적을 획득 및 유지하기 위한 기법을 연구하였다. 제안된 기법은 위성 간 항력 차이를 이용하여 위성들의 지상궤적이 적도와 교차하는 지점들 간의 간격을 제어하며, 이를 통해 추진 시스템을 이용하지 않고 지구관측 위성군이 필요로 하는 지표면 관측 패턴을 획득 및 유지한다. 제안된 기법은 높은 복잡성을 갖는 위성군의 최적 차등 항력 제어 문제를 보조 문제들로 분할하여 해결하며, 보조 문제들을 해결하기 위한 다섯 개 프로세스로 구성된다. 제안 기법은 최소 시간 내 또는 최소한의 고도 손실로 초기 지상궤적을 획득하는 제어 계획을 분석하고 수립하는 데서부터, 다양한 불확실성 하에서 수립한 계획에 따라 지상궤적을 획득하고 유지하기 위한 폐 루프 제어를 수행하는 데까지 위성군 지상궤적 획득 및 유지의 전 과정에 활용될 수 있다. 제안된 방법은 항력 예측의 불확실성을 고려한 수치 시뮬레이션을 통하여 그 유용성 및 타당성이 확인되었다.
